2018-2019学年高中物理 第十九章 原子核水平测试 新人教版选修3-5.doc

第十九章 原子核水平测试本试卷分第卷(选择题)和第卷(非选择题)两部分，满分100分，考试时间90分钟。第卷(选择题，共40分)一、选择题(本题共10小题，每小题4分，共40分，其中16题为单选，710题为多选)1下列说法中正确的是()A.U的半衰期约为7亿年，随着地球环境的不断变化，其半衰期可能变短B某原子核经过一次衰变和两次衰变后，核内中子数减少4C10个放射性元素的原子核经过一个半衰期后，一定有5个原子核发生衰变D粒子的电离能力比粒子的大答案B解析半衰期的长短是由原子核内部本身的因素决定的，与原子所处的物理、化学状态无关，故A错误；某原子核经过一次衰变电荷数减小2，质量数减小4，再经过两次衰变后，质量数不变，电荷数要增加2，所以整个过程质量数减小4，电荷数不变，所以核内中子数减少4个。故B正确。半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用。故C错误。三种射线中射线的穿透能力最强，射线的电离能力最强，故D错误。2在正负电子对撞机中，一个电子和一个正电子对撞发生湮灭而转化为一对光子。设正、负电子的质量在对撞前均为m，对撞前的动能均为E，光在真空中的传播速度为c，普朗克常量为h，则对撞后转化成光子的波长等于()A. B.C. D.答案C解析一个光子的能量为mc2E，hmc2E，所以，C正确。3将半衰期为5天的铋64 g分成四份分别投入(1)开口容器中；(2)100 atm的密封容器中；(3)100 的沸水中，第四份则与别的元素形成化合物，经10天后，四种情况剩下的质量分别为m1、m2、m3、m4，则()Am1m2m3m4 4 gBm1m2m34 g, m4m2m3m4，m14 gDm14 g，其余无法知道答案A解析放射性元素的半衰期是一定的，与放射性元素所在的物理环境和化学环境无关，所以A正确。4现在太阳向外辐射的能量是由于太阳内部氢核聚变产生的。科学家预测：大约在40亿年以后，太阳内部还将会启动另一种核反应，其核反应方程为：HeHeHeC，已知He的质量为m1，C的质量为m2，则()Am13m2 B3m1m2C3m1m2 D3m1m2答案D解析因发生聚变反应存在质量亏损，释放能量，m3m1m2，故选项D正确。5在匀强磁场中有一个原来静止的碳14原子核，它放射出的粒子与反冲核的径迹是两个内切的圆，两圆的直径之比为71，如图所示，那么碳14的衰变方程为()A.CeB B.CHeBeC.CHB D.CeN答案D解析原子核的衰变过程满足动量守恒，粒子与反冲核的速度方向相反，根据左手定则判断得知，粒子与反冲核的电性相反，则知粒子带负电，所以该衰变是衰变，由动量守恒定律可得两带电粒子动量大小相等，方向相反，就动量大小而言有：m1v1m2v2，由带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径公式可得：r，可见r与q成反比。由题意，大圆与小圆的直径之比为71，半径之比为71，则得：粒子与反冲核的电荷量之比为17。所以反冲核的电荷量为7e，电荷数是7，其符号为N，所以碳14的衰变方程为CeN，故D正确，A、B、C错误。6静止的氡核Rn放出粒子后变成钋核Po，粒子动能为E。若衰变放出的能量全部变为反冲核和粒子的动能，真空中的光速为c，则该反应中的质量亏损为()A. B0C. D.答案C解析由于动量守恒，反冲核和粒子的动量大小相等，由Ek，它们的动能之比为4218，因此衰变释放的总能量是E，m，故C正确。A、B、D错误。7下列有关近代物理的若干叙述正确的是()A每个核子只跟邻近的核子发生核力作用B四个核子聚变为一个氦核的过程释放的核能等于氦核质量与c2的乘积C太阳内部发生的核反应是热核反应D关于原子核内部的信息，最早来自天然放射现象答案ACD解析核力为短程力，每个核子只能跟邻近的核子产生核力的作用，故A正确；根据爱因斯坦的质能方程，四个核子聚变为一个氦核的过程释放的核能等于亏损的质量与c2的乘积，不是等于氦核质量与c2的乘积，故B错误；太阳内部发生的是热核反应，故C正确；关于原子核内部的信息，最早来自天然放射现象，故D正确。8关于放射性同位素的应用，下列说法正确的是()A放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到消除有害静电的目的B用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种C用射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的危害D射线对人体细胞伤害太大，不能直接用来进行人体透视答案CD解析利用放射线消除有害静电是利用射线的电离性，使空气分子电离成导体，将静电中和，故A错误；DNA变异并不一定都是有益的，有时也会向有害的一面变异，故B错误；射线对人体细胞伤害太大，在用于治疗肿瘤时要严格控制剂量，故C正确；射线对人体细胞伤害太大，不能直接用来进行人体透视，故D正确。9钍核Th经过6次衰变和4次衰变后变成铅核，则()A铅核的符号为Pb，它比Th少8个质子B铅核的符号为Pb，它比Th少16个中子C铅核的符号为Pb，它比Th少16个中子D铅核的符号为Pb，它比Th少12个中子答案AC解析设铅的质量数为M，核电荷数为Z，则由质量数守恒可得：M23264208。由电荷数守恒可得：Z90624182。则铅核的中子数20882126，钍核的中子数23290142。所以铅核的中子数比钍核中子数少16个，铅核的质子数比钍核质子数少8个。A、C正确，B、D错误。10中子和质子结合成氘核时，质量亏损为m，相应的能量Emc22.2 MeV是氘核的结合能。下列说法正确的是()A用能量小于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子B用能量等于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零C用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零D用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零答案AD解析氘核分解为一个质子和一个中子时，所需吸收的能量不能小于其结合能2.2 MeV，故A正确；光子照射氘核时，光子和氘核组成的系统总动量不为零，由动量守恒定律得，光子被氘核吸收后，分解成的质子和中子的总动量不为零，故总动能也不为零，所以把氘核分解为质子和中子所需的能量应大于2.2 MeV，故D正确，B、C错误。第卷(非选择题，共60分)二、填空题(本题共3小题，共15分)11(6分)现有三个核反应(衰变)方程：A.NaMgeB.UnBaKr3nC.HHHen则_是衰变；_是裂变；_是聚变。(填正确答案标号)答案ABC解析衰变是指原子核放出粒子和粒子后，变成新的原子核的变化，A是衰变；裂变是重核分裂成质量较小的核，B是裂变；聚变是轻核结合成质量较大的核，C是聚变。12(3分)可研制核武器的钚239(Pu)可由铀239(U)经过x次衰变而产生，则x等于_。答案2解析由衰变方程PuU2e，可知x2。13(6分)“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和电荷量，但电荷的符号相反，例如正电子就是电子的“反粒子”。据此，若有反质子存在，它的质量数应为_，元电荷的电荷量是1.601019 C，则反质子的电荷量为_。答案11.601019 C解析质子的质量数为1，电荷量为1.601019 C，所以反质子的质量数为1，电荷量大小也为1.601019 C，电性相反。三、计算题(本题共4小题，共45分)14(11分)放射性同位素C被考古学家称为“碳钟”，它可用来断定古生物的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖。(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子核后，会形成C，C很不稳定，易发生衰变，其半衰期为5730年，衰变时会放出射线，试写出有关核反应(衰变)方程；(2)若测得一古生物遗骸中C含量只有活体中的12.5%，则此遗骸的年代约有多少年？答案(1)见解析(2)17190年解析(1)NnCH，CNe，(2)依题意n0.125，解得n3，则t57303年17190年。15(11分)一个质量为M、电荷量为Q的原子核发生 衰变，粒子的运动速度为v，假设质子的质量为m，电荷量为q，衰变过程中放出的能量全部转化为动能，则衰变过程的质量亏损为多少？答案m解析若质子的质量为m，电荷量为q，则粒子的质量为4m，电荷量为2q，显然质量为M的原子核发生衰变后新核的质量为M4m，电荷量为Q2q。设新核的速度为v。依据动量守恒定律有：0(M4m)v4mv，解得v。依据能量守恒可得4mv2(M4m)v2mc2，解得m。16(11分)如图所示，有界的匀强磁场磁感应强度为B0.05 T，磁场方向垂直于纸面向里，MN是磁场的左边界。在磁场A处放一个放射源，内装Ra，放出某种射线后衰变成Rn。(1)写出上述衰变方程；(2)若A处距磁场边界MN的距离OA1.0 m时，放在MN左侧边缘的粒子接收器接收到垂直于边界MN方向射出的质量较小的粒子，此时接收器距过OA的直线1.0 m。已知Rn、He质量分别为222 u、4 u，求一个静止Ra核衰变过程中释放的核能有多少？(取1 u1.661027 kg，e1.601019 C)答案(1)RaRnHe(2)1.961014 J解析(1)Ra比Rn电荷数多2，质量数多4，则该衰变为衰变，方程为RaRnHe；(2)衰变过程中释放的粒子在磁场中做匀速圆周运动，轨道半径R1.0 m，由洛伦兹力提供向心力，可得2evB，衰变过程中系统动量守恒，有0222 uv4 uv，所以，释放的核能E222 uv24 uv2，代入数据解得E1.961014 J。17(12分)如图甲所示，静止在匀强磁场中的Li核俘获一个速度为v07.7104 m/s的中子而发生核反应，即LinHHe，若已知He的速度v22.0104 m/s，其方向与反应前中子速度方向相同，试求：(1)H的速度大小和方向；(2)在图乙中，已画出并标明两粒子的运动轨迹，请计算出轨道半径之比；(3)当He旋转三周时，粒子H旋转几周？答案(1)大小为1.0103 m/s，方向与v0相反(2)340(3)2周解析(1)反应前后动量守恒：m0v0m1v1m2v2(v1为氚核速度，m0、m1、m2分别代表中子、氚核、氦核质量)代入数值可解得：v11.0103 m/s，方向与v0相反。(2)H和He在磁场中均受洛伦兹力，做匀速圆周运动的轨道半径之比r1r2340。(3)H和He做匀速圆周运动的周期之比T1T232，所以它们的旋转周数之比：n1n2T2T123，即He旋转三周，H旋转2周。